关于季灏对康普顿效应的误解而引出的说明及其他磁偏转实验等（对季灏的一个警钟）

季灏说："康普顿效应，理论解释中假定电子在原子中是静止的，这不对，电子是围绕原子核运动的。所以张元仲教授收集了五十多个不同类型的实验没有把康普顿效应放到证明相对论的实验中去。他们认真研究过相对论吗？""所以张元仲教授收集了五十多个不同类型的实验没有把康普顿效应放到证明相对论的实验中去。道理就在这里"。

其实，这个认识是简单粗暴的。康普顿效应是被看作光子与自由电子的散射实验。电子围绕原子核运动，速度只有0.01c, 动能为1到10电子伏特。被X射线散射之后，电子速度可以为原先的几十倍，所以电子原先的速度可以忽略的，可以看做静止的。康普顿效应有三大意义（它其实更多地被认为是属于证明光的量子效应的实验，而相对论质能与质速公式已经被当作是不证自明）：（1）证明了光的粒子性；（2）证明了光子质量hv/cc与光子动量hv/c的正确性；（3）证明了在微观粒子碰撞时，能量守恒与动量守恒仍旧成立。还有第（4）条（证明了相对论质能与质速公式）其实已经包含在第（3）条中，无须多强调（"不证自明"）。张元仲的书中{张元仲《狭义相对论实验基础》（科学出版社，1994）}没有把康普顿效应专门列入（但也不是不提到），当然也是有一些原因的，主要是X射线（大约千电子伏特能量）能量还不够太高，还不够达到完全的相对论性，确切地说，它是处于牛顿力学和相对论力学的交界领域。如果光子能量再低一点，用电子的牛顿力学也是可以处理的；能量再高一点，就需要使用相对论力学了，而且主要还是应该用相对论力学（见下面补充的文字）。所以，季灏的观点（不列入张元仲书是因为电子在原子中有运动速度）是不对的，而是因为"它是处于牛顿力学和相对论力学的交界领域"。实际上，张元仲书中也不是没有提到康普顿效应。在张元仲书p.150底部小字部分提到："......由质能关系知道，光子的质量hv/cc，光子动量hv/c。康普顿用这种光子理论成功地解释了光在自由电子上的散射现象（康普顿效应）。"这里张也提到"光在自由电子上的散射"，也就是说，康普顿散射从来都只被看作是自由电子与光子的作用，电子绕原子核的速度可以不计（只有在光电效应中，因为是电子与可见光的散射，电子才不能被看做自由电子）。张的这一章节（p.150前后几页）主要是关于光子衰变为正负电子以及正负电子湮灭为光子的。比起"光子衰变为正负电子以及正负电子湮灭为光子"，同样作为"光子-电子散射"类属的康普顿效应所以只配作为配角了（小字部分注释）。

对于康普顿散射，还可以补充一些文字：实际上，根据历史事实，对于康普顿散射，主要还是必须用相对论处理，因为一开始对这种散射的研究其实是针对能量更高的γ射线：（本节中以下为引用）早在1904年，英国物理学家伊夫（A.S.Eve）就在研究γ射线的吸收和散射性质时，首先发现了康普顿效应的迹象。γ射线的散射问题经过多人研究，英国的弗罗兰斯（D.C.H.Florance）在1910年获得了明确结论，证明散射后的二次射线决定于散射角度，与散射物的材料无关，而且散射角越大，吸收系数也越大。所谓射线变软，实际上就是射线的波长变长，当时尚未判明γ射线的本质，只好根据实验现象来表示。1913年，麦克基尔大学的格雷（J.A.Gray）又重做γ射线实验，证实了弗罗兰斯的结论并进一步精确测量了射线强度。1919年康普顿也接触到γ散射问题。他以精确的手段测定了γ射线的波长，确定了散射后波长变长的事实。后来，他又从γ射线散射转移到X射线散射。这就是X射线的康普顿散射。康普顿的学生，从中国赴美留学的吴有训对康普顿效应的进一步研究和检验有很大贡献，证实了康普顿效应的普遍性。吴有训对康普顿效应最突出的贡献在于测定了X射线散射中变线、不变线的强度比率R随散射物原子序数变化的曲线，证实并发展了康普顿的量子散射理论。

结论：康普顿散射，主要还是必须用相对论力学。它的高级翻版（光子衰变为正负电子以及正负电子湮灭为光子）已经高度准确地验证了相对和量子力学，这是量子电动力学的古老任务了（1940-1960年代）。

       此外，再来说磁偏转实验，算是对季灏的一个警钟。季灏怪我不具体提出过去几十年的同类型实验。这件没有创造性的事情，原来应该由他去做，他不做，那么我这里就说一些，依据是现成的，就是张元仲的书。p.134-135,介绍了Rogers(1940)的电子的电磁偏转实验，在电子速度0.63c, 0.69c, 0.75c时以1%精度验证了相对论质量公式；p.135-136介绍了Grove, Fox (1953)的回旋加速器实验，研究的是质子，在v=0.7c时，以0.1%精度验证了相对论质速关系；更好的结果是：p.137介绍了Meyer等（1963）以磁偏转实验以0.04%精度在电子v=0.987c到0.990c条件下验证了相对论力学公式。其他还有一些实验，如Geller, Koliarits（1972）和Parker(1972)用磁偏转法等方法，验证了电子动量和动能的相对论关系（但张书中没有提到相关数据说明，如多少精度。总之是验证了相对论关系），全部参考文献也已经罗列。在P.138结论中，张写道："......都包含着荷电粒子在电磁场中的运动规律的承认。因此，这类实验实际上证明的是相对论力学及荷电粒子在电磁场中的运动规律。"

       这里有一件奇怪的事情是，同样是磁偏转的实验，季灏在电子速度"0.9997c, 0.9995c, 0.9992c, 0.9986c, 0.9969c, 0.9908c"实验中绝对否认了相对论力学（连一点余地都没有），而Meyer等（1963）以磁偏转实验以0.04%精度在电子v=0.987c到0.990c验证了相对论力学公式。两者的速度范围基本接近。就这个实验，季灏完全有丰富的事情可以去做，而且也大有必要去做，由不得他不做。张元仲书第五章（1994版本）是介绍"质量对速度的依赖"关系的，有几个章节，如"荷电粒子的磁偏转"，"静电磁偏转法"，"回旋加速器的运转"，它们都属于与季灏实验同类型的实验。季灏应该分析出现分歧的可能根源甚至找出前人实验的错误（如果季灏绝对自信的话），可是季灏不做，喜欢夜郎自大般欣喜，不符合研究过程的"游戏规则"和发表研究结果的一般规则，将闹出一个笑话，估计可以称为"季灏事件"。
J QSHEN 2010-5-27, Hangzhou